高效的能力的存储与释放是现代材料化学中具有挑战性的课题之一。而太阳能被认为是可再生的环保绿色能源，它几乎提供了人类日常消耗的所有能源。具体统计，一小时的太阳所提供的能量如果全部可以被利用的话，足够为全人类使用一年。太阳能几乎是取之不尽，用之不竭的能源。因此吸引了许多科学家在太阳能转化和利用方面开展了大量的工作，包括人工的光合成和光伏电池等。最近发展起来的另一种利用存储太阳光能量的技术是太阳热能燃料（solar thermalfuel），其基本概念如图1所示。

图1 基于偶氮苯的光致顺反异构诱导相变的高效储能分子材料与新技术。其中处于基态的反式偶氮苯分子吸收光子能量，经光化学作用达到亚稳态顺式异构体，实现能量的存储。经过特定的分子设计，使偶氮苯的异构化的过程中伴随着材料从液晶或者结晶到各项同性的转变，进而提高材料的储能密度。

利用染料生色团分子的顺反异构化作用，光能可以被存储在其亚稳态异构体的化学能中。在外界刺激源（如光照、施加电压，加热等）的作用下，所存储的能量可以通过异构体的恢复以热的形式按需释放。这提供了一种非常理想的分子级的燃料，可以实现能量的可逆储能与释放的循环。整个过程本质上是一个完全封闭的体系，没有任何的辐射能量损耗或者能源浪费，也没有气体或有毒化学物质的释放，材料使用的安全性和能量的利用效率得以大幅提升。

通常偶氮苯类材料为各项同性的，经常为无定形的和非晶态的，在光化学反应中诱导偶氮苯分子产生的光学变化仅仅是分子的顺反异构化作用，在此过程中能量的变化很小，大大地限制了它们进一步储能密度的提高。研究发现，当偶氮苯的两端有柔性的基团连接时（如烷基链或者烷氧基链），它可以作为刚性的介晶基元发生自组装，使其聚集态结构呈现二维或三维有序的液晶性。这样的材料在特定波长光源的辐照下可以发生从液晶相到各向同性相的光化学相转变，如图2所示。这个光诱导的相变虽然是等温发生的，但是却常常伴随着很高的能量变化。利用这种相变带来的能量变化，加上偶氮苯分子顺反构化所储存的能量将会大大提高材料的储能密度。

图2 偶氮苯类材料的基本性质及其与液晶性的关系。反式的棒状结构有利于组装形成有序的液晶相，顺式的弯曲结构则会破坏有序相诱导产生各向同性相。

传统的相变储能材料如聚乙二醇、石蜡、脂肪酸及其衍生物等，只能在高温条件下存在热量，而在低温下通过相变来释放。无法在低温下存储热能，也无法在任何条件下存储光能特别是太阳能等。且通常为小分子材料，存在一定的环境污染危险。其相变潜热低，易挥发、易燃烧、价格昂贵，特别是其热导率较低、相变过程中的传热性能差。基于此，本课题拟将偶氮苯类分子材料的液晶性或者结晶性与其光致异构化储能相结合，同时可以与目前广泛使用的相变储能材料相复合，如图3所示。拟开展分子级光热转换与能量存储新型材料与器件研究，藉此突破光热转换与能量存储的高能长效瓶颈技术，实现储能能量密度大于350KJ/kg。通过本项目的实施和深入进行，有望获得许多具有自主知识产权的研究成果，可以创造出具有高附加值的储能材料与器件。

本项目的优点是可以在高低温条件下都可以使用。即在低温下，存储光能为化学能，并可以热量的形式释放；在高温下，可以存储光能为化学能，同时还可以存储环境的热量，在低温下可控释放为热量。具有使用范围广、储能密度高轻便可携带的特点。初步研究表明这些复合材料可以实现比室温高8度的效果，即使在零下40度左右的低温下也会有热量释放

此外，该材料非常容易与纺织品相复合，得到具有柔性可穿的织物，同时具有条件温度的功能。